板块构造是否孕育了生命？突破性的新研究可能会破解地球最深的谜团。

新出现的证据表明，板块构造，或者说地壳的循环，可能比之前想象的要早得多——并且可能是我们的星球孕育生命的一个重要原因。

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地球表面是一个动荡的地方。山脉隆起，大陆合并又分裂，地震撼动大地。所有这些过程都是板块构造运动的结果，板块构造运动是地壳大块的运动。

这种运动可能就是这里存在生命的原因。地球是已知唯一具有板块构造的行星，也是唯一已知有生命的行星。大多数科学家认为这不是巧合。通过将大块地壳拖入地幔（地球的中层），板块构造从地球表面和大气中吸收碳，从而稳定气候。它还将孕育生命的矿物质和分子推向表面。所有这些因素加在一起，造就了从深渊到高耸的山峰，生命蓬勃发展的地方。

但研究人员不知道板块构造为何或何时开始，因此很难确定这一过程对于生命的进化和多样化有多重要。一些人认为板块运动早在 7 亿年前就开始了，当时简单的多细胞生命已经存在。其他人认为，当地球板块第一次破裂时，只有单细胞生物占主导地位。

事实上，随着新方法使科学家能够更深入地了解过去，一些人现在认为板块构造是在地球形成后不久就出现的——也许早于生命本身。如果这个假设成立，它可能表明，即使是最原始的生命也是在活跃的行星上进化而来的，这意味着板块构造可能是寻找外星生命的重要组成部分。

“我们能够可靠地看到长期历史的唯一方法是在我们自己的星球上，”宾夕法尼亚州立大学研究早期地球历史的地球科学家杰西·雷明克 (Jesse Reimink) 说。 “我们确实需要了解行星体的生命周期，然后才能利用系外行星数据做很多事情。”

销毁证据

只有地球拥有像拼图一样的板块，它们会像碰碰车一样碰撞在一起并分开。太阳系中的其他岩石行星都有一个坚硬的地壳外壳，这种地质排列被科学家称为“停滞盖”或“单盖”构造。

在板块构造中，薄饼状的脆性地壳和上地幔块位于下方更热、更易移动的地幔上。新的地壳在洋中脊形成，分离板块之间的间隙为地幔的岩浆上升创造了空间。在地质平衡过程中，致密的洋壳在俯冲带被破坏，其中一个板块滑到另一个板块下面。已知最古老的洋壳位于地中海，距今仅 3.4 亿年前，因此它太年轻，无法用于精确确定板块构造何时出现。

大陆地壳比海洋地壳轻，并且漂浮在俯冲造成的破坏之上。但地球早期的遗迹仍然所剩无几，剩下的都被侵蚀和扭曲了。如今，地表上只有不到 7% 的岩石年龄超过 25 亿年。追溯到40.3亿年前的冥古纪，岩石记录已经完全消失。地球生命的前 5 亿年没有留下任何玄武岩。

由于这种不断的行星循环，板块构造最古老、无可争议的证据——仅在俯冲带形成的岩石——只能追溯到大约7亿年。另一个强有力的证据是，在俯冲起始过程中，海洋地壳碎片在大陆地壳上被推上来，大约在9亿年前全球范围内出现。在这个地质时期，多细胞动物，如海绵和栉水母，才刚刚出现。

一些地球科学家认为板块构造从那时起就开始运作。但更多人怀疑板块构造出现得更早，即 40 亿至 25 亿年前的太古宙。证据主要基于岩石的化学分析。例如，大约 30 亿年前，有迹象表明越来越多的地壳熔化和改造，而不是直接由地幔岩石形成。大约 38 亿年前，地球上最古老矿物的化学变化表明，从稳定、长寿的地壳转变为寿命较短、外观更现代的地壳，这或许表明了俯冲。尽管没有一个商定的日期，但太古宙看起来很有希望，因为地球上正在发生巨大的地质变化。

“这表明了一个非常重要的转变，”哈佛大学地球和行星科学家纳贾·德拉邦 (Nadja Drabon) 说，她领导了这项表明地壳向寿命较短的转变的研究。

一把沙子

每当构造开始时，地球科学家都认为它可能有助于推动生命的进化和复杂性。

“可能有数十亿颗行星存在某种原始生命，但建造无线电发射机或发射火箭飞船的能力需要一定的条件，而这些条件只可能发生在具有板块构造、海洋和海洋的行星上。德克萨斯大学达拉斯分校的地球科学家罗伯特·斯特恩 (Robert Stern) 告诉《生活科学》杂志。

对于史前动物来说，板块构造活动与更快的进化速度有关，这可能是因为地质运动分裂了栖息地并为生命的进化创造了新的生态位。

板块构造也可能使生命能够从毁灭性的大规模灭绝中恢复过来。例如，在二叠纪末期，由二氧化碳喷发的火山喷发引发的大规模灭绝杀死了地球上 90% 的物种。地球上的生命最终得以恢复，因为大陆岩石的风化分解了含碳矿物质并将其冲入海洋，海洋生物将它们变成珊瑚礁和贝壳，这些珊瑚礁和贝壳又变成石灰石，最终潜入地球内部。当大气层失控时，地壳构造会逐渐使地球恢复到更有利于生命生存的环境。

虽然几乎所有地球科学家都同意这样的观点，即如果没有板块构造，地球上的生命可能仅限于原始生物，但一小群研究人员现在提出，板块构造可能更早出现——也许通过以下方式促进了生命本身的起源：将支持生命的矿物质从地球内部带到地壳。

这是一个棘手的领域，将研究人员推回到 40 亿年前，进入冥古宙。地球存在的前 5 亿年的唯一直接证据是锆石的存在，这种矿物在地幔温度和压力下熔化后仍能幸存下来。尽管曾经含有这些矿物质的岩石已经融化，但比沙粒还小的锆石仍然存在。

“它们很小，我们只是把厨房的水槽扔向它们，试图从它们那里得到我们能得到的所有最后一点信息，”德拉邦告诉《生活科学》。

这些来自冥宙的锆石很稀疏；全世界发现的所有这些都可能装在顶针里。然而，这少数证据表明，地球早在44亿年前就有海洋——距地球形成仅2亿年，距离当今所有生命的祖先不久存在过。根据6 月发表的一项研究，早在地球形成后 6 亿年，地球上就拥有了陆地和淡水。

对于一些研究人员来说，这表明地壳可能在冥古宙中进行了再循环。耶鲁大学地球物理学家Jun Korenaga表示，水会削弱地壳，从而产生破裂和俯冲的可能性。因为水是板块构造所必需的，所以问题就变成了：“如果我们有地表水，为什么我们不能有板块构造呢？”科雷纳加说。

在 2023 年发表的实验工作中，研究人员在高压下熔化了岩石，发现模拟俯冲的条件会产生与地球上最古老的岩石相似的岩石。科雷纳加还认为，板块构造是将早期地球大气中二氧化碳含量从金星上的水平减少到地球太古代初期存在的较中等浓度的唯一有效方法。

有趣的是，在冥宙期间发生了另一件重要事件，这使得地球与它的岩石邻居有着不可否认的不同：在地球第一次合并后大约一亿年，一个行星大小的天体猛烈地撞击了它，彻底粉碎并熔化两个物体并甩掉形成月球的物质。今年早些时候发表的一篇论文模拟了这种影响，发现两个天体的混合可能在地幔中产生了热物质羽流，这些物质可能在大约 2 亿年后开始俯冲。

“为什么地球是唯一具有板块构造的岩石行星？”该论文的主要作者、加州理工学院地球动力学博士后研究员Qian Yuan说道。 “我认为形成月球的巨大撞击可能是主要因素。”

但并不是所有人都相信这个故事。冥古宙开始形成板块构造是一个有趣的想法，T。加州大学洛杉矶分校地球科学名誉教授马克·哈里森 (Mark Harrison) 告诉《Live Science》，但证据仍然相当少。他担心问题各方的地球科学家对自己的主张过于自信。哈里森在一篇文章中写道：“但我们最不需要的就是一种新形式的群体思维，这种群体思维的基础是装满沙粒的顶针。”“我们不知道板块构造何时开始。”

其他世界的生活

如果板块构造为生命提供了燃料，甚至只是复杂生命的燃料，那么在恒星中寻找其他生物体可能会引导人类找到一颗地质活跃的行星。

牛津大学地幔动力学专家托比亚斯·梅尔 (Tobias Meier) 表示，不幸的是，我们还无法探测遥远系外行星上的板块构造。但到了 2021 年，迈尔和他的团队利用热数据和计算机模型确定，距离地球 49 光年的岩石系外行星 LHS 3844 b 可能拥有活跃的地幔和移动的地壳。

LHS 3844 b 不太可能存在生命。它的轨道非常靠近其恒星，并且没有大气层。地球的一半地区永远处于白天，温度为 1412 华氏度（767 摄氏度），而另一半地区的夜间气温为零下 429 华氏度（零下 273 摄氏度）。迈尔和他的同事在 2021 年报告称，正是地球两侧的温差驱动了 LHS 3844 b 中的地幔运动。如果真实存在，那么该版本的板块构造看起来与地球完全不同。但它显示了可能潜伏在宇宙其他地方的行星地质的多样性。

迈尔说：“最终，了解构造的原因以及它是否可以在不同的行星上运行将有助于我们了解这些行星是否适合居住。”

更强大的望远镜，例如詹姆斯·韦伯太空望远镜，可能会在不久的将来为系外行星地质学提供更好的线索。但澳大利亚昆士兰科技大学地球物理学家克雷格·奥尼尔表示，地球的近邻也值得仔细研究。金星就在附近，它过去是否有构造仍然存在争议。了解其当前的单盖地质学可以帮助科学家弄清楚为什么这两颗行星的命运有所不同，以及板块构造是否可以解释为什么一颗行星拥有生命而另一颗行星可能不能。

奥尼尔告诉《生活科学》杂志：“板块构造学的发展很大程度上将来自仰视，而不是自我观察。”